第二種情形是在明堂中祭祀五帝，如晉武帝三年於明堂立五帝位，傅玄還撰有“祠天地五郊犧牲歌”，“祠天地五郊送神歌”“享天地五郊歌”。宋孝武帝大明五年（461）在明堂中也曾設五帝位。齊高祖建元元年（479）祭五帝之神於明堂，以有功德之君配祀。梁武帝也祀五帝於明堂，服大裘冕以祭，沈約撰有五帝歌各一首。這時的明堂就是太廟，帝王在太廟裏麵祭祀黃帝，表明當時人們仍然以黃帝為始祖。這一做法繼承和深化了秦漢時期祭祀五帝的傳統。
第三，有的帝王到傳說有黃帝遺跡的地方進行祭祀。北魏皇帝借東巡的機會，曾經在今河北涿鹿的橋山先後四次拜祭黃帝。《魏書·太宗紀》記載：太宗明元皇帝在神瑞二年（415）和泰常七年（422）兩次駕“幸橋山，遣使者祠黃帝、唐堯廟”。《魏書·世祖紀》記載：北魏太武帝拓跋燾神□元年（428），“八月，東幸廣寧，臨觀溫泉，以太牢祭黃帝、堯、舜廟。”《魏書·禮誌四》記載，北魏文成帝拓跋□和平元年（460），“帝東巡，曆橋山，祀黃帝”。
魏晉時期，因襲了黃帝作為天神享祀的傳統，對黃帝的祀典主要表現為祭天隨祀、明堂拜祀和迎氣之祀，各朝取舍又有不同。曹魏祭祀缺乏連續性，其“郊祀天地明堂，是時魏都洛京，而神□兆域明堂靈台，皆因漢舊事”（《宋書·禮誌三》）。晉初“郊祀權用魏禮”，但不久又不采漢鄭玄的“六天說”，認為“五帝，即天也，五氣時異，故殊其號。雖名有五，其實一神。明堂南郊，宜除五帝之坐。五郊改五精之號，皆同稱昊天上帝，各設一坐而已”。《通誌》亦載“泰始二年詔定郊祀南郊宜除五帝坐”（《通誌·禮一》），太康十年（289），又因“往者從議除明堂五帝位，考之禮文正經不通”，“宣帝以神武創業，即已配天，複以先帝配天，於義亦不安，於是又複明堂及南郊五帝位。晉惠帝時也一度“明堂除五帝之坐”，但不久又更詔“明堂及郊祀五帝如舊儀”（《晉書·禮誌上》）。
在西晉五十年間，曾兩次廢止祭天時黃帝作為五帝之一隨祀，但由於後世祭祀多襲用舊典，黃帝享祀日久，從而出現時廢時舉的現象。這反映出在魏晉時期，對五帝的理解已出現分歧，鄭玄的“六天說”與王肅“五帝不得為天”的分歧影響到西晉及以後的祭典，西晉王朝在兩說之間搖擺不定。
南北朝時期，祀典中明確出現了“五人帝”的提法，黃帝一方麵以五方上帝之一享祀，另一方麵又以五人帝之一身份配祭，可謂是王學與鄭學折中的反映。這一時期，黃帝作為五方上帝之一隨祀，亦曾出現反複。梁朝因五精上帝俱是天帝，“於壇則尊，於下則卑。且南郊所祭天皇，其五帝別有明堂之祀”，又除南郊五帝祀，加十二辰座。陳代梁後，又“除十二辰座，加五帝座，其餘準梁之舊”。南北朝時，黃帝作為五人帝之一配祭表現在郊迎製度上，五郊分迎五精上帝，黃帝同時又作為人帝配祭，並以五官、三辰、七宿從祀（以上魏晉南北朝祭祀黃帝演變，據李桂民碩士論文《黃帝的史實及黃帝崇拜觀念的演變》，西北大學，2000年）。
隋唐時期對黃帝的祭祀沿襲南北朝，更進一步製度化、規範化。從南郊祭天和五郊之祭來看，隋唐都沿襲了在南郊祭天以五帝配，以及四時迎氣之祭的做法。隋代郊迎製度因循前朝，以四立之日及季夏，各於其方之近郊為兆，迎其帝而祭之。《隋書·禮儀誌二》記載了隋代郊壇情況：“隋五時迎氣。青郊為壇，國東春明門外道北，去宮八裏，高八尺。赤郊為壇，國南明德門外道西，去宮十三裏，高七尺。黃郊為壇，國南安化門外道西，去宮十二裏，高七尺。白郊為壇，國西開遠門外道南，去宮八裏，高九尺。黑郊為壇，宮北十一裏醜地。高六尺。並廣四丈。”不過當時皇帝較少親祠，往往由貴臣禮官攝行。唐代《開元禮》明確規定，冬至南郊祭天，要設昊天上帝神座和五方帝神座，五郊之黃郊多定在季夏土王日舉行。根據五行理論，五行輪流居統治地位，土王日的“王”指當政為王，就是說夏六月土為王時。唐武德、貞觀年間，仍歲祀五帝。武則天臨朝時，五帝不再稱天。《通典·禮典三》：“永昌元年九月敕：天無二稱，帝是通名，承前諸儒，互生同異。乃以五方之帝，亦謂為天，假有經傳互文，終是名實未當。稱號不別，尊卑相渾。自今郊祀之禮，唯昊天上帝稱天，自餘五帝皆稱帝。”《開元禮》所定歲祀五帝之禮與武德、貞觀之製基本相同，略為：“立春日祀青帝於東郊，以太昊配，句芒、歲皇、三辰、七宿從祀；立夏日祀赤帝於南郊，炎帝配，祝融、熒惑、三辰、七宿從祀；季夏日祀黃帝於南郊，軒轅配，後土、鎮星從祀；立秋日祀白帝於西郊，少昊配，蓐收、太白、三辰、七宿從祀；立冬日祀黑帝於北郊，顓頊配，玄冥、辰星、三辰、七宿從祀。”（《文獻通考·郊社十一》）